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荷蘭國家應用科學研究院日前研發出一臺3D食品打印機,人們可藉助這一機器以巧克力或其他食材爲原料,打印出各種造型奇特的食品。
美國康奈爾大學研究人員在《公共科學圖書館綜合卷》上發表報告稱,他們利用牛耳細胞用3D打印出人造耳朵,可以用於先天畸形兒童的器官移植。
3D打印技術已經成爲高科技領域的一個熱門話題,在1月初的國際消費類電子產品展覽會(簡稱CES展會)上,多家廠商推出了自己的3D打印機和各種相關設備,甚至有的廠家推出了售價約爲1399美元的家用3D打印機。近期,更有一些廠家展示了3D打印的汽車、服裝等各種成品。有人甚至預言,2013年將是3D打印產品爆發式發展的一年。與此同時,4D技術的概念也已經悄然興起。
3D打印?4D都快實現了
3D打印技術的原理其實比較簡單,就是通過電腦先將需要打印的物品設計出來建立模型,然後通過3D打印機,根據建立的模型,以塗層堆積的形式將物品打印出來,就像蓋樓一樣從地基開始一層一層地向上,最後封頂,產品就製作完成了。同現有的製造手段相比,3D打印技術對材料的消耗量較低,產品的規格也更加精確,還能夠減少或省略工序,多快好省的特點使未來的工業生產更符合節約資源、提升效率的目標。
就在3D打印成爲人們關注的焦點,各個相關行業摩拳擦掌、躍躍欲試的時候,一種更具震撼性的4D打印技術又走進了公衆的視野。
在今年美國“技術、娛樂、設計大會”(簡稱TED大會)上,美國麻省理工學院建築學院自行裝配實驗室的研究人員公佈了最新技術“4D打印”。 4D打印同3D打印最大的不同在於,4D打印直接將設計內置到材料當中,簡化了從“設計理念”到“實物”的造物過程,只需要將材料打印成半成品,之後再通過預先的設計讓半成品如機器般“自動”變形組合成爲成品。在這個自動完成的過程中,完全不需要連接任何機電設備。研究機構發佈的展示視頻中,開發人員將一條預設變形程序和變形時間的材料打印出來,在需要發生形變的地方,使用同其他地方不同的材料,之後將這條半成品放在水中,在沒有任何外部設備介入的情況下,形變材料受水的影響開始彎曲變形,最後變形成爲“MIT”(麻省理工學院縮寫)的字樣。在開發這一技術的研究人員看來,未來使用4D打印技術後,人們設計的產品將不僅能夠被打印出來,而且打印出的材料自己就能夠按照預先設定的程序自我“進化”成產品。
3D打印技術尚有明顯不足
那麼,3D打印現在已經發展到什麼樣的水平、發展前景如何,同時它會給我們的生活帶來哪些影響呢?而4D技術的推出又是否會對3D技術產生影響?記者就此採訪了天津大學快速成形中心的崔國起主任。
在採訪的一開始,崔國起就表示:“目前,3D打印在2013年形成爆發式的發展還不現實,因爲就現有的技術來看,3D打印還存在着侷限。”當前,3D打印出來的產品成本遠高於工業製成品,而且打印所需要的時間也比工業生產所需的時間長,相比於工業產品沒有決定性的優勢。此外,3D打印技術生產出來的產品在強度、韌度上還存在着明顯的不足。比如之前有人用3D打印技術製作出一把槍,但是同普通的槍支相比,這把槍打過幾次就不能使用了。雖然現在出現了4D打印這一概念,打印出來的材料可以自主彎曲和形變,在一定程度上可以彌補強度、韌性的不足,但是,作爲一種新技術、新概念,它還有許多難關需要攻克,短時期內還不能像3D技術一樣,在實際的生產中得以應用。
現在有一種觀點,認爲3D打印技術的推出將會爲工業生產帶來一次新的革命,它將很有可能代替傳統的工業化生產。針對這一說法,崔國起發表了自己的看法:“我覺得代替這個詞應該換成融合和相互支持更貼切。”現在3D打印所涉足的領域恰恰是工業化大生產所不擅長的高精尖部門,比如說,想製造一個航天員的坐墊,又或者是醫學上製作假牙、人造骨骼等,這些對精度要求高的領域都可以應用3D打印技術。由於這些部門的自身特點決定了它們需要的產品往往需求量低、製造難度大、適用面窄、成本高。
“如果想讓3D技術在更多領域內參與工業化生產,就需要在打印精度、產品成本、打印速度、材料的兼容性上下工夫。除此之外,社會的進步、大衆對高端產品和個性化產品的需求也是決定3D技術在工業生產中廣泛應用的重要條件。”
未來5-15年將影響人們生活
在近期推出的3D打印產品中,一輛使用3D打印技術製造而成的混合動力汽車讓人們眼前一亮,這款汽車製作總共耗時2500個小時,絕大部分零件都是使用3D打印技術製作的。製作團隊希望這款車的面世能夠爲交通工具規劃一個更加環保、更加節能、生產更加便捷的未來。當然,受技術的侷限,這款汽車離批量生產還有一定的距離,但是開發者有信心在2014年使這款新型汽車達到批量生產的水平。
3D打印的未來汽車可能還可望而不可即,不過,某運動廠商公司推出的應用3D打印技術的運動鞋,卻很快就會同消費者見面。在這款運動鞋的底部製作中,使用了3D打印技術,使運動鞋的質量更輕、外觀更華麗——據說這樣一雙運動鞋的重量在150克左右。有了3D打印技術的幫助,運動員在賽場上的表現必將如虎添翼。
除了新的3D打印產品之外,小型化的家用3D打印機也已經面世。3D打印在不遠的將來是不是會走進普通人的生活呢?崔國起認爲,3D技術走進生活的前景很光明。
我們可以設想一下,在未來的生活中,一些簡單的生活用品將會通過家用3D打印機制造出來,比如說,家裏來了客人,椅子不夠用,我們就可以從網上下載一個自己喜歡的椅子模型,用3D技術打印出來;孩子想要一個與衆不同的玩具,也可以用3D技術設計並打印出來。
當然,這些都需要幾個前提,那就是可以找到產品的模型、打印的時間不能過長、成本不能過高。如果我們打印一個椅子需要一天的時間,打印一個玩具的成本可以買到十個同樣的玩具,那麼這樣的技術是無法被大家所接受的。
無論如何,3D打印技術將會隨着科技的進步不斷地完善。崔國起認爲,3D打印是一個需要培育的中長期項目,在未來的5-15年中,3D打印技術將會更加成熟,屆時,這一技術將會真正爲人們的生活帶來實實在在的便利。
本組撰文見習記者李超然